点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:超乎想象!工蜂也能“变”蜂王
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

超乎想象!工蜂也能“变”蜂王

来源:中国科学报2023-09-13 09:56

  圆圆的脑袋、胖胖的身体、鼓鼓的屁股、显眼的黄色和黑色的斑纹,看起来非常可爱的熊蜂,是设施农作物最理想的授粉昆虫之一。熊蜂不仅外表和蜜蜂不同,其习性和生理构造也不一样。熊蜂工蜂保留着完整的受精囊,而蜜蜂工蜂的生殖器官已经退化或丧失。

  近日,中国农业科学院蜜蜂研究所研究员李继莲牵头完成的研究成果在《自然-通讯》发表。该成果揭开了熊蜂的进化之谜,挑战了熊蜂工蜂终身不能交配是羽化前决定的这一认知。这一发现也是了解蜂类等社会性昆虫进化历程的一个重大飞跃。

  未解的进化之谜

  李继莲从事熊蜂研究长达22年,她告诉《中国科学报》,熊蜂大概有250种,分布在世界各地。其中,中国有125种,约占全世界熊蜂种类的50%,是熊蜂种类最丰富的国家。

  与蜜蜂是复杂高级社会性昆虫不同,熊蜂是简单高级社会性昆虫。熊蜂大部分一年一代,蜂王需要越冬度过滞育期。熊蜂蜂群由一只交配过的蜂王独居繁殖而来,因而蜂王在初始阶段负责产卵、采集和饲喂。第一批工蜂成熟后,才开始劳动分工,承担起哺育幼虫、清理巢房、采集食物等工作。当工蜂开始竞争产卵,蜂群就出现雄性蜂,新的蜂王性成熟后交配,又进入下一轮滞育期,就这样一代一代地繁衍。

  一个多世纪前,昆虫学家William Morton Wheeler将社会性昆虫定义为超有机体。其群体成员有严格的劳动分工和协作,形态和生理也有所不同。个体则担当不同角色,就像一个有机体的各种器官。个体离开群体不能单独生活,但每个成员自身又是一个完整的动物有机体,它们通过协作和互相依赖实现共同的生存和繁殖目标。典型的例子就是蚁群和蜜蜂群。

  丹麦哥本哈根大学社会进化中心教授Jacobus J. Boomsma 认为,超有机体的一个主要特征就是雌性在羽化前就决定了生殖劳动分工的两种级型。级型是指社会性昆虫群体中同为雌性却具有不同形态、身体结构、劳动分工和行为的个体类型,如蜜蜂中的工蜂和蜂王。

  蜂王具有繁殖优势,能够交配、储存精子和产下受精卵;而工蜂同为雌性,终身不交配。工蜂和蜂王的级型分化类似于后生动物的体细胞和生殖细胞的分化,而且级型分化是不可逆的。

  一旦工蜂进化为义务帮工,它们就不能生殖雌性后代,但可以产下不需要受精的单倍体雄蜂。因此,工蜂的生殖器官如卵巢和受精囊退化或丧失等现象,在蜜蜂和大多数蚂蚁中普遍存在。传统理论认为,这不仅消除了在未交配个体中发育和维持这些器官的成本,而且级型之间的这种形态特殊化将促进有效的劳动分工,减少群体内的生殖冲突。

  然而,2000年,科学家在解剖比较熊蜂的工蜂和蜂王的生殖器官时发现,熊蜂工蜂具有和蜂王类似的受精囊,而且受精囊的生理结构和分泌物也与蜂王类似,只是大小不同。

  后来,科学家又在胡蜂和某些蚂蚁亚科中发现,终身不能交配的雌性工蜂保留着完整的受精囊。这成为一个未解的进化之谜。

  给熊蜂做人工授精

  当科学家发现熊蜂工蜂的受精囊与蜂王的受精囊类似时,并没有揭示熊蜂工蜂的受精囊是否有功能,以及为何保留完整且耗能的受精囊。据论文评审人分析,可能是因为熊蜂人工授精是一个相当复杂的技术。

  李继莲在10多年前就特别重视熊蜂的人工授精,但因种种原因,研究没有进行下去。直到2019年,她遇到了论文第一作者庄明省—— 一名会做蜜蜂人工授精的学生。

  “中国养蜂学会40周年会议那天,我和李老师第一次见面,却一见如故。”庄明省回忆说,当时他们一拍即合,开始着手做熊蜂人工授精。

  在尝试过程中,庄明省非常偶然地使用了熊蜂工蜂进行人工授精练习。

  “当时我解剖授精的工蜂,清晰地看到精子竟然转移到工蜂的受精囊内。于是产生了一个想法——工蜂授精后能否产下受精卵?”李继莲得知了庄明省的这一想法,既惊喜又觉得不可思议,于是一起设计了验证实验。

  然而,第一次和第二次尝试都以失败告终——授精的工蜂死了。

  第三次,一只授精的工蜂成活了,并产下受精卵孵化出了工蜂。

  “那时我只觉得神奇,但李老师不一样,她非常重视这个现象。她说这个科学问题需要我们解决。现在回想起来,这应该就是一位科研人员的敏锐之处吧,也让我知道了什么是科学研究——发现科学问题,然后解决问题。”庄明省说。

  拯救全球熊蜂的新思路

  然而,这个偶然发现的下一步,是如何证明工蜂在何种状态下可以交配,这是研究中最难解决的问题。

  “我们一直在尝试各种条件,看工蜂能在哪种情况下进行交配,但都没有结果。”李继莲说。

  那段时间,庄明省简直不眠不休。一天半夜,他睡不着觉,又爬起来观察养的那些熊蜂。他突然发现,刚刚羽化出房没多久的工蜂也会互相攻击。

  第二天,他告诉李继莲这个现象,二人猜测——是不是工蜂受到社会环境的抑制才不能交配?也就是说,工蜂孤立了就可以交配。

  “于是我们开始做验证,在看到孤立后的工蜂像蜂王一样交配的那一刻,心情非常激动,同时强烈感受到这些生物的神秘。”李继莲说,羽化后孤立的熊蜂工蜂具有交配的能力,这意味着工蜂的交配能力并不是在羽化前丧失的,而是在受到蜂群社会因素的抑制后才丧失。

  换句话说,工蜂的交配能力是与生俱来的,因为工蜂羽化后单独饲养时可以与雄蜂交配,而在蜂群中饲养却失去了交配能力。

  他们还观察到,失去蜂王的蜂群里的工蜂,也有机会交配且繁殖出雌性后代。“工蜂在失王的蜂群中有机会交配,可能是一种繁殖策略,以维持蜂群发展,应对蜂王的早期损失。”李继莲说。

  该研究结果可以解释熊蜂工蜂终身不交配却保留完整受精囊的悖论,颠覆了已有认知,为社会性昆虫熊蜂的进化提供了新的理论指导,将促使人们重新评估工蜂级型在社会性蜂群中的作用,具有重要的科学价值。

  此外,人们还可以利用工蜂的交配和繁殖能力为阻止全球熊蜂数量下降提供新方法。李继莲说,对稀有和濒危熊蜂物种的工蜂进行人工授精,可用于熊蜂蜂王的大量繁殖,如果将它们放归栖息地,对熊蜂多样性的保护将会起到重要作用。

  “熊蜂超出我们的想象。我们会继续探索熊蜂世界的奥秘。”李继莲说,后续的科学问题还有待进一步探究,比如工蜂交配被抑制的机制、级型分化的机理等。(记者 李晨)

[ 责编:张佳兴 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 人工智能乌镇对话:开源的价值之问、治理之道和普惠之愿

  • 2026年世界互联网大会乌镇峰会开幕

独家策划

推荐阅读
西北戈壁滩上,多方向、多批次自杀式无人机集群低空掠过,高速冲向目标。“我们聚焦制约激光反无装备性能的关键技术,持续多年开展攻关,先后破解光纤拉制、散热控温、精准打击等难题。
2026-11-04 09:55
1.75万辆北斗高精度共享电单车服务超600万人次,“5G+北斗”低空空域监视通信专网填补空白……近期,第五届北斗规模应用国际峰会在湖南株洲举行,一项项北斗应用惊艳亮相。聚力卫星研制、终端制造、场景示范、国际合作,“北斗之城”将迸发出更大能量,成为中部崛起的强劲力量。
2026-11-04 09:49
今年8月,在2026世界机器人大会举办期间,全国首个具身机器人演出“沙盒审批”试点在北京亦庄落地,首形科技(北京)有限公司、北京中科慧灵具身智能科技有限公司、阿卡帕尼(北京)机器人有限公司三家企业获颁《具身机器人演出“沙盒审批”准入证明》。北京经开区已率先落地全国首个数字人营业性演出沙盒试点,如今演出“沙盒审批”已从虚拟数字人延伸至实体机器人。
2026-11-04 09:48
今年“双十一”电商大促,Token(词元)以独立品类在多个电商平台上架,看不见、摸不着的算力服务,变成可以下单的商品。青海西宁市民苏国庆是一名短视频爱好者,为了让视频呈现更好的效果,趁着电商大促,他“囤”了不少Token。
2026-11-04 09:45
“十五五”规划纲要提出,面向生物育种、生产管理、疫病防治等场景加快农业数智化升级。站在“十五五”开局之年,我国数智技术加速赋能千行百业,成为驱动经济发展的创新动力。
2026-11-04 04:20
11月3日8时15分,力箭二号遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,将搭载的千帆极轨21组卫星顺利送入预定轨道,飞行试验任务取得圆满成功。
2026-11-03 09:33
2026年5月,国务院印发《加快农业农村现代化“十五五”规划》,对“健全现代农业经营服务体系”进行部署,强调“将先进适用品种、技术、装备引入小农户”“促进小农户和现代农业发展有机衔接”。
2026-11-03 03:55
近日,中共中央、国务院印发《关于发展新质生产力的意见》,对“改造提升传统产业”作出系统部署,并将其作为推动科技创新和产业创新深度融合的重要任务之一。
2026-11-03 03:55
1983年2月,“两弹一星”元勋钱学森给中国科学院院士李正武写了一封信。信件仅200余字,没有客套寒暄,却映照出两位“患难之交”的深厚情谊和默契。
2026-11-03 03:55
近日,中国科学院昆明动物研究所科研人员联合缅甸同行,在缅甸伊洛瓦底江水系发现宝鳊属一鱼类新种——蓝纹宝鳊。相关成果已发表在国际期刊《动物分类杂志》上。
2026-11-03 03:55
广东油柑、贵州抹茶、四川栀子花、西藏青稞,这些作物有几百年甚至上千年的种植史。祖祖辈辈种下来,为什么偏偏这几年,被一杯奶茶给带火了?
2026-11-02 09:53
2026世界顶尖科学家论坛开幕式暨颁奖典礼、主论坛日前在上海举行。颁奖典礼上,11位科学家分别获颁2026世界顶尖科学家奖“智能科学或数学奖”、2026世界顶尖科学家奖“生命科学或医学奖”和今年增设的2026世界顶尖科学家奖“青年科学家奖”。
2026-11-02 09:59
10月31日,以“万物智联共创未来”为主题的2026世界物联网博览会在江苏无锡举办开幕式,无锡国家人工智能产业创新应用先导区建设在本次大会同步启动。
2026-11-02 09:57
生物多样性是人类赖以生存发展的重要基础,对生物多样性的威胁也是全球面临的三大环境危机之一。海洋生物多样性对保障海洋生态安全、促进海洋可持续发展、实现人海和谐共生具有重要作用。在气候变化与人类活动双重压力下,海洋生物多样性治理是各国共同的责任使命。
2026-11-02 10:03
1日,国家海洋环境预报中心正式发布“妈祖”海洋预报数值模式2.0版本。据悉,升级至2.0版本后,“妈祖”海洋预报数值模式预报分辨率进一步提升,应用场景进一步拓展,自主可控水平进一步增强。
2026-11-02 09:58
记者詹媛29日从中国汽车工程学会了解到,该学会日前发布了《2027年度中国汽车十大技术趋势》。这份凝聚共识的行业“风向标”提示,明年,汽车的电池会更强、芯片更自主、“硬科技”使用更多,且能减少堵车。
2026-10-30 09:51
如果说户外运动项目是产业发展的根系,选对项目之后还要让它根往深里扎,让项目发展的更有质量。户外运动产业的高质量发展,体现于一个个鲜活的户外运动项目及项目产业的健康成长,根深方能叶茂,户外运动产业才能行稳致远。
2026-10-30 09:49
生态环境部29日公布的全国地表水环境质量状况显示,今年1月至9月,全国地表水Ⅰ至Ⅲ类水质比例为86.1%,同比上升1.7个百分点;劣Ⅴ类水质比例为0.8%,同比下降0.4个百分点。
2026-10-30 09:50
脑膜边界的免疫细胞还会“监控”蛋白清除过程,并促成免疫耐受反应,避免免疫系统误伤大脑自身组织。在正常生理状态下,这一多通路清除系统与蛋白生成之间保持动态平衡。在此背景下,恢复或增强脑内蛋白清除通路的功能成为值得关注的方向。
2026-10-30 09:59
深秋的陕北,天高云淡。记者走进陕西省榆林市佳县方塌镇圪崂湾村现代农业示范园,联排的大棚在黄土高原的沟峁间依次排开。棚内葡萄藤上挂满沉甸甸的果实,工人们正忙着采摘、分选、打包。
2026-10-30 09:56
加载更多